納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液的合成及其在涂料中的應(yīng)用研究.pdf

1、由于普通乳液聚合中乳化劑的存在，不僅嚴重影響了乳液的穩(wěn)定性等各項性能而且對環(huán)境造成了嚴重的污染，為此無皂乳液聚合應(yīng)運而生，成為當今高分子科學與材料的前沿課題之一，本文采用半連續(xù)種子乳液聚合法合成了穩(wěn)定的丙烯酸酯無皂乳液及納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液，并對這兩種乳液在涂料中的安全應(yīng)用進行了研究。對反應(yīng)型乳化劑的種類及用量、納米硅溶膠的用量進行了篩選，并用這兩種乳液制備了水性膨脹型防火涂料，對其耐水性及防火性能進行了測試。
　　首先選

2、用HAPS（3-烯丙氧基-2-羥基-1-丙烷磺酸鈉鹽）、DNS-86（1-烯丙氧基-3-（4-壬基苯酚）-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸銨）、ANPEO10（1-烯丙氧基-3-（4-壬基苯酚）-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚）、ANPEO10-P1（1-烯丙氧基-3-（4-壬基苯酚）-2-丙醇聚氧乙烯(10)醚單磷酸）四種反應(yīng)型乳化劑單獨及復配使用，以丙烯酸丁酯(BA)，苯乙烯(St)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)為單體通過半連續(xù)種子乳液聚合法

3、制備丙烯酸酯無皂乳液，研究了反應(yīng)型乳化劑種類和用量對乳液性能的影響。實驗結(jié)果表明，單獨使用DNS-86時乳液的各項性能如化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性等最好，乳液固含量及單體轉(zhuǎn)化率隨著乳化劑DNS-86的含量增大先增大后減小，乳化劑DNS-86的含量為2.5％時乳液固含量及單體轉(zhuǎn)化率最大，分別為40.6％、95.7％。由于DNS-86容易均聚，使無皂乳液乳膠粒子的粒徑隨著乳化劑含量的增大先減小后增大，在乳化劑含量為3％時，乳膠粒子的平

4、均粒徑達到最小，PDI最小，粒子的單分散好，且其聚合物膜與水的接觸角最小。因此選擇DNS-86的含量為2.5％～3％，乳液綜合性能良好，固含量及單體轉(zhuǎn)化率最大，乳膠粒子平均粒徑和分散指數(shù)最小，且其聚合物膜與水的接觸角最小?？梢灾苽湫阅芰己谩⒎€(wěn)定的乳液。
　　用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)表征了丙烯酸酯無皂乳液的化學結(jié)構(gòu)，用激光粒度儀測試了乳膠粒子的粒徑分布，結(jié)果表明，聚合反應(yīng)較完全，無未反應(yīng)單體存在且乳液的膠粒大小比較均一，粒

5、徑較小且分布較窄，平均粒徑為70.76nm，粒徑分散系數(shù)PDI為0.052。
　　選用DNS-86為反應(yīng)型乳化劑加入納米硅溶膠2034DI，制備了納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液。研究了納米硅溶膠的用量對乳液性能的影響，實驗結(jié)果表明隨著納米硅溶膠含量的增加，體系中所產(chǎn)生的凝聚物量逐漸增多，乳液凝聚率增加，乳液的穩(wěn)定性下降。乳液固含量及單體轉(zhuǎn)化率隨著納米硅溶膠的含量增大先增大后減小，納米硅溶膠的含量為3％時乳液固含量及單體轉(zhuǎn)化率最大，分

6、別為43.8％、96.8％。乳液乳膠粒粒徑的分布比較窄，乳膠粒子的粒徑及粒子的分散系數(shù)都隨著二氧化硅的含量增加而增大，納米硅溶膠含量低于2％時乳膠粒的平均粒徑在100nm以下。通過對乳膠膜吸水率及接觸角的測試，發(fā)現(xiàn)納米硅溶膠的加入明顯地提高乳膠膜的耐水性能。
　　納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液SEM分析表明，乳膠粒為大致規(guī)整的球形，其中的無機二氧化硅粒子基本上都吸附在乳膠粒表面或被包覆在乳膠粒內(nèi)部，乳膠粒的大小分布均勻，粒徑在100

7、nm左右。用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)表征了乳液的化學結(jié)構(gòu)。并與丙烯酸酯無皂乳液紅外圖譜FT-IR進行了對比，結(jié)果表明，硅溶膠參與了共聚，納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液的官能團中，二氧化硅粒子與聚丙烯酸酯乳膠粒以化學鍵的形式結(jié)合。
　　對納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液、丙烯酸酯無皂乳液及丙烯酸酯乳液進行熱重分析，發(fā)現(xiàn)納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液的初始分解溫度為386℃，高于丙烯酸酯無皂乳液的初始分解溫度376℃，丙烯酸酯乳液的初

8、始分解溫度最低354℃。納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液綜合性能更符合水性膨脹型防火涂料對基料的要求，應(yīng)用更安全。
　　分別用納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液、丙烯酸酯無皂乳液及丙烯酸酯乳液制備水性膨脹型防火涂料，并測試了防火涂料的耐水性及防火性能，通過對比，發(fā)現(xiàn)，用納米二氧化硅丙烯酸酯無皂乳液制備的水性膨脹型防火涂料漆膜平整，耐水性最好，而普通丙烯酸酯乳液制備的水性膨脹型防火涂料漆膜表面有針孔，耐水性最差。通過小室燃燒法和錐形量熱儀實驗